基于IPT—CDIO的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行課程創(chuàng)新

劉小春

摘要： 結(jié)合當(dāng)前職業(yè)教育創(chuàng)新的方向，就CDIO工程教育模式在PLC課程創(chuàng)新中的具體應(yīng)用進(jìn)行了介紹，實(shí)踐證明，根據(jù)學(xué)生學(xué)情，借助信息化教學(xué)方法和手段，采用CDIO工程教育模式符合PLC課程特點(diǎn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力。

Abstract： According to the current direction of vocational education curriculum innovation， this paper introduces the application of CDIO engineering education model in PLC course teaching. The result shows that using CDIO engineering education mode accords with PLC course characteristics. It is conducive to train students' engineering application ability.

關(guān)鍵詞： CDIO;PLC;課程創(chuàng)新

Key words： CDIO;PLC;curriculum innovation

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0258-03

0 引言

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行是電氣自動化技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等專業(yè)的一門核心課程，是技術(shù)性、實(shí)踐性要求很高的一門專業(yè)技術(shù)應(yīng)用課，課程綜合了電子技術(shù)、電機(jī)拖動及應(yīng)用、繼電控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)，為培養(yǎng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)等專業(yè)人才服務(wù)，對個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力、工程系統(tǒng)能力的培養(yǎng)要求也較高。

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它是近年來國際工程教育改革的最新成果，由麻省理工學(xué)院（MIT）和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究組經(jīng)過四年的探索研究而創(chuàng)立，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，它指的是一種學(xué)習(xí)過程。CDIO遵循工程教育理念將培養(yǎng)能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，在高職工科類專業(yè)教學(xué)中具有很強(qiáng)的可操作性，對高職工科類課程教學(xué)改革具有較好的指導(dǎo)作用。綜上所述，對接區(qū)域產(chǎn)業(yè)（裝備制造業(yè)）發(fā)展重點(diǎn)，確定我院電氣自動化技術(shù)專業(yè)在智能制造背景下，在PLC課程內(nèi)實(shí)施CDIO工程教育模式具有非常重要的意義。我院在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造發(fā)展了“IPT-CDIO”的工程教學(xué)模式并實(shí)踐于PLC課程教學(xué)取得了良好的教學(xué)效果。IPT是指興趣I（Interest）、項(xiàng)目P（Project）、團(tuán)隊(duì)T（Team），是指教學(xué)遵循的原則和教學(xué)組織。

1 PLC課程現(xiàn)狀分析

1.1 課程教學(xué)內(nèi)容 PLC控制針對工業(yè)控制系統(tǒng)中較復(fù)雜的電氣控制而產(chǎn)生，用于實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄顯示等功能。在現(xiàn)場既可控制一臺生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程，是現(xiàn)代工業(yè)控制中的主要設(shè)備之一。課程教學(xué)內(nèi)容主要包括常用的指令、電氣控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)施及故障處理。課程的培養(yǎng)重點(diǎn)是學(xué)生對電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)和管理能力。由此可見，該課程的培養(yǎng)要求及目標(biāo)與CDIO工程教育模式的培養(yǎng)過程及目標(biāo)完全對接，因此，該課程完全適合采用CDIO工程教育模式。

隨著工業(yè)4.0時代的到來，中國制造業(yè)也進(jìn)入中國智造階段，自動化技術(shù)是智能制造的核心。中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會副會長、機(jī)械工業(yè)信息研究院院長王文斌認(rèn)為，對我國自動化發(fā)展問題的研究，以及對智能制造輿情的監(jiān)測分析顯示：當(dāng)前階段我國要發(fā)展智能制造，首先要大力開展自動化補(bǔ)課運(yùn)動，只有大多數(shù)工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)、庫存、管理、決策等方面信息化自動化達(dá)到一定水平，工業(yè)4.0才有實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。智能制造其本質(zhì)是一種人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是機(jī)器智能與人的智能的集成。在生產(chǎn)過程中擔(dān)任核心地位的人必須掌握機(jī)器智能才能實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化，才能相得益彰，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。PLC技術(shù)是工業(yè)控制的核心技術(shù)之一，PLC課程作為自動化專業(yè)的核心課程，必須緊跟時代步伐，及時更新課程內(nèi)容，保證其先進(jìn)性，才能保證人才的培養(yǎng)符合現(xiàn)場需求?，F(xiàn)階段S7-200CN于2017.10退市，新的項(xiàng)目將移植到其他可以滿足要求的S7-200 SMART、S7-1200等PLC產(chǎn)品，而大多數(shù)學(xué)校對西門子PLC的學(xué)習(xí)仍停留在S7-200。故PLC課程內(nèi)容亟需更新。

1.2 課程教學(xué)模式 經(jīng)歷了中國職業(yè)教育的快速發(fā)展期，在學(xué)習(xí)國外先進(jìn)職業(yè)教育理念與模式的基礎(chǔ)上，我院PLC課程也經(jīng)歷了基于工作過程的行動導(dǎo)向任務(wù)引領(lǐng)型教學(xué)改革，并取得較好的教學(xué)效果，學(xué)生的技能得到了大幅提高。然而教育要以人為本，要從滿足人的基本需求出發(fā)，根據(jù)不同時期、人的不同特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同層次的發(fā)展。

信息化時代的到來打破了書本是知識主要傳播載體的狀況，使教育邁入了全新的時代，對教育和學(xué)習(xí)行為都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。傳統(tǒng)傳授型的教師必將被淘汰，具有現(xiàn)代化教學(xué)觀念的教師，應(yīng)從傳統(tǒng)意義上的知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的組織者和協(xié)調(diào)者，即對學(xué)生的學(xué)習(xí)活動進(jìn)行指導(dǎo)、計(jì)劃、組織和協(xié)調(diào)，注重培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)及獲取信息和知識的能力。因此，教學(xué)也必須根據(jù)學(xué)生學(xué)情，根據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展，順應(yīng)時代潮流采用合適的教學(xué)組織、改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂學(xué)習(xí)效果。基于工作過程行動導(dǎo)向的教學(xué)方法雖然按企業(yè)現(xiàn)場典型工作項(xiàng)目對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)學(xué)習(xí)，但如果缺乏行之有效的信息化教學(xué)方法和手段，學(xué)生在課堂上興趣不高，主動性不強(qiáng)，依然達(dá)不到預(yù)期的效果。

2 基于“IPT-CDIO”的工程教學(xué)模式創(chuàng)新

2.1 改革思路 借鑒國際CDIO工程教育模式，與西門子中國有限公司培訓(xùn)中心、與自動化企業(yè)校企合作，開展課程建設(shè)，梳理整合教學(xué)內(nèi)容，共同制定課程授課內(nèi)容、授課計(jì)劃、教學(xué)項(xiàng)目，共建實(shí)踐條件;以學(xué)生為主體，以“興趣是學(xué)習(xí)的動力”為指導(dǎo)，調(diào)整教學(xué)組織，采用信息化教學(xué)方法和手段，強(qiáng)化工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，按基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力為培養(yǎng)目標(biāo)，改革課程考核和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將考核體現(xiàn)在構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）全過程項(xiàng)目式理實(shí)一體化教學(xué)過程中;建設(shè)符合IPT-CDIO工程教學(xué)模式的立體化教學(xué)資源。

2.2 基于“IPT-CDIO”的課程項(xiàng)目設(shè)計(jì) CDIO 的特點(diǎn)是教學(xué)過程貫穿產(chǎn)品生命周期。因此課程項(xiàng)目的選取至關(guān)重要，既要符合工程實(shí)際，同時又要融入序化的課程知識與技能。PLC課程以項(xiàng)目為主線組織課程教學(xué)，并根據(jù)學(xué)生對知識的理解和掌握程度從基礎(chǔ)知識與技能的訓(xùn)練至綜合系統(tǒng)不斷加深，最終使學(xué)生具備工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施能力。課程以常見的送料小車自動往返工程項(xiàng)目為主線，通過控制功能擴(kuò)展，引導(dǎo)學(xué)生從易至難不斷攀登PLC的技術(shù)與技能高峰，最后再通過幾個現(xiàn)場工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的技術(shù)技能移植能力。課程項(xiàng)目安排與對應(yīng)知識、技能及能力層次關(guān)系如表1所示（以S7-1200為例）。

2.3 基于“IPT-CDIO”的課程教學(xué)設(shè)計(jì) IPT的重點(diǎn)是以學(xué)生為本，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為導(dǎo)引。基于信息化時代學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)，課程組開發(fā)了適合學(xué)生的PLC教學(xué)方法和手段。

①信息化教學(xué)資源建設(shè)。信息化時代，課程已經(jīng)不再是傳播知識的主要渠道，學(xué)生隨時隨地都可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行主動，碎片式學(xué)習(xí)。老師在進(jìn)行教學(xué)組織的同時必須開發(fā)相應(yīng)的資源有步驟地引導(dǎo)學(xué)生完成課程知識體系的構(gòu)建，因此必須建設(shè)系統(tǒng)化的輔助教學(xué)資源。本課程的資源主要分為職教新干線《PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行》空間課程、愛課程在線開放課程。其中空間課程主要資源為課堂授課視頻及部分微課視頻、PPT、課件等電子資源，適合學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí);愛課程在線開放課程則以微課小視頻、小測試為主，適合學(xué)生碎片式學(xué)習(xí)，答疑式學(xué)習(xí)。

②課前組織。信息化時代的到來不可避免地使手機(jī)成為學(xué)生隨身攜帶的一項(xiàng)重要工具，如何使手機(jī)不成為學(xué)習(xí)的障礙，而成為學(xué)習(xí)的好幫手，關(guān)鍵在于老師的正確引導(dǎo)。本課程的教學(xué)組織通過藍(lán)墨云班課進(jìn)行，課前教師利用藍(lán)墨云班課平臺更新資源，將項(xiàng)目要求、電子教材、PPT、動畫、微課視頻上傳平臺，這樣學(xué)生在課前既可以通過愛課程網(wǎng)站在線開放課程學(xué)習(xí)，也可以方便地利用手機(jī)在云班課中學(xué)習(xí)。通過觀看與學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行構(gòu)思與設(shè)計(jì)，為完成項(xiàng)目做好課前準(zhǔn)備;最后完成課前測試，檢測課前學(xué)習(xí)效果，使教師了解到學(xué)生對該部分課程知識的掌握程度，從而有利于教師分析學(xué)生情況，有效組織課堂教學(xué)并作為過程考核依據(jù)。

③課內(nèi)組織。教師根據(jù)課前統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在課堂上對錯誤率比較高的問題進(jìn)行統(tǒng)一解答，然后按小組形式答疑并組織學(xué)生開展課程項(xiàng)目的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作，老師在該過程中只起組織、協(xié)調(diào)及答疑作用。課內(nèi)實(shí)施階段，學(xué)生隨時可以再通過信息化渠道鞏固知識點(diǎn)和技能點(diǎn)的學(xué)習(xí)，

保證項(xiàng)目的成功實(shí)施。不同階段的項(xiàng)目，課程的組織形式也會發(fā)生變化。圖1是PLC課程課堂內(nèi)各階段的教學(xué)組織及教與學(xué)的方法，從圖中可看成，隨著課程的深入，學(xué)生在“學(xué)中做、做中學(xué)”的主體作用日益凸顯，而老師從初級階段的主角逐漸演變?yōu)槠饏f(xié)調(diào)、組織的主導(dǎo)者。

3 ?結(jié)語

經(jīng)過兩年的教學(xué)試點(diǎn)，《PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行》取得了較好的教學(xué)效果。教師開發(fā)了大量教學(xué)資源，由于資源的開發(fā)本意是為了輔助課堂教學(xué)，故針對性強(qiáng)，學(xué)生利用率高，切實(shí)起到了課前學(xué)習(xí)，課中答疑的翻轉(zhuǎn)的效果。同時信息化教學(xué)資源大部分為視頻，每個視頻講授時間短，在學(xué)生能接受的持續(xù)學(xué)習(xí)范圍內(nèi)，且方便利用手機(jī)學(xué)習(xí)，符合學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)過程中伴隨通關(guān)小測驗(yàn)，游戲化特點(diǎn)進(jìn)一步提升了學(xué)生興趣。課堂內(nèi)容通過項(xiàng)目引導(dǎo)，從易至難不斷擴(kuò)展，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律;每個項(xiàng)目采用構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）的工程實(shí)施全過程，在學(xué)習(xí)過程中以小組為單位，學(xué)生扮演不同角色，既熟悉了現(xiàn)場項(xiàng)目實(shí)施流程，又實(shí)踐了不同工作崗位要求，并鍛煉了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，使學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)得到了全面提高。同時，通過課程的試點(diǎn)，教師信息化教學(xué)資源制作能力、信息化教學(xué)能力都得到了大幅提高，課程組老師參加信息化教學(xué)比賽獲得湖南省一等獎。

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